Carbonat-Bicarbonat-Gleichgewicht

• Theoretische Grundlagen


• Chemisches Gleichgewicht


Viele chemische Reaktionen sind umkehrbar, sie können also sowohl in die eine als auch in die andere Richtung ablaufen. Die Hinreaktion und Rückreaktion verlaufen dabei gleichzeitig. Während also Ausgangsstoffe zu Endprodukten reagieren, werden umgekehrt auch Endprodukte wieder in die Ausgangsstoffe umgewandelt. Je nach den Konzentrationen der Stoffe verlaufen die Hin- und Rückreaktion unterschiedlich schnell. Reagieren pro Zeiteinheit genauso viele Ausgangsstoffe zu Produkten wie Produkte zu Ausgangsstoffen, spricht man vom Gleichgewichtszustand. Bei einer Störung des Systems, z. B. durch Zugabe von Stoffen, versucht das System das Gleichgewicht wiederherzustellen.





• Lösung von Kohlenstoffdioxid in Wasser (versauernd)



CO2	+	H20	<=>	H2CO3
Kohlendioxid	+	Wasser	<=>	Kohlensäure

H2CO3	+	H20	<=>	HCO3-	+	H3O+
Kohlensäure	+	Wasser	<=>	Hydrogencarbonat-Ion	+	Hydronium-Ion

• Lösung von Kalkstein in Wasser



CaCO3	<=>	Ca2+	+	CO32-
Kalziumcarbonat	<=>	Kalzium-Ion	+	Carbonat-Ion

• Carbonat-Umwandlung (neutralisierend)



CO32-	+	H3O+	<=>	HCO3-	+	H2O
Carbonat-Ion	+	Hydronium-Ion	<=>	Hydrogencarbonat-Ion	+	Wasser

Je saurer die Lösung ist, desto mehr Kalk kann gelöst werden.

• Gesamtreaktion



CO2	+	H20	+	CaCO3	<=>	Ca2+	+	2 HCO3-
Kohlendioxid	+	Wasser	+	Kalziumcarbonat	<=>	Kalzium-Ion	+	Hydrogencarbonat-Ion

Je mehr Kohlenstoffdioxid im Wasser ist, desto mehr Kalk kann gelöst werden.





• Praktische Bedeutung


• Tropfsteinhöhlenbildung


Die Aushöhlung erfolgt durch das Auflösen von Kalkstein mittels des im Sickerwasser gelösten Kohlenstoffdioxids und der daraus gebildeten Kohlensäure. Das Kohlenstoffdioxid stammt zum Teil aus der Luft und zum anderen aus dem Stoffwechsel der Lebewesen in den Humisschichten der Erdoberfläche.
Die Bildung der Tropfsteine erfolgt bei der Abgabe von Kohlenstoffdioxid aus dem Wasser and die Kohlendioxid-ärmere Höhlenluft, wobei der zuvor gelöste Kalk ausfällt.

• Korallenbildung/-absterben


In Symbiose mit den Korallen lebende Algen entziehen dem Wasser durch Photosynthese Kohlendioxid, wodurch der im Meerwasser gelöste Kalk ausfällt und das Korallenskelett gebildet werden kann.
Der ansteigende Kohlenstoffdioxid-Gehalt der Luft führt, durch Diffusion, auch zum Anstieg des Kohlenstoffdioxid-Gehalts der Ozeane. Dadurch kann Kalk besser gelöst werden und die Algen vermögen weniger Kalk aus dem Wasser auszufällen.
(näheres zu Korallen unter dem Thema Hohltiere)

• Biogene Substrate


Auf Basis dieses Gleichgewichts können auch auf chemischem Wege Substrate (vor allem Kalkstein) durch Lebewesen verändert werden.
(siehe hierzu Einfluss von Substrat und Temperatur auf marine Lebewesen)